JP3141730B2

JP3141730B2 - 赤外線検出装置

Info

Publication number: JP3141730B2
Application number: JP07166046A
Authority: JP
Inventors: 和憲木寺; 浩則上; 光輝畑谷
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1995-06-30
Filing date: 1995-06-30
Publication date: 2001-03-05
Anticipated expiration: 2016-03-05
Also published as: JPH0915043A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、サーミスタで構成され
るホイートストンブリッジを備えた赤外線検出装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１０の回路図に基づいて従来の赤外線
検出回路の一例について説明する。図で、１，２はサー
ミスタ、３，４はそれぞれサーミスタ１，２に直列に接
続された抵抗である。サーミスタ１と抵抗３とで構成さ
れる直列回路は、サーミスタ２と抵抗４とで構成される
直列回路と並列に接続されホイートストンブリッジ５を
構成している。６はホイートストンブリッジ５の電源入
力端子ａ，ｂに接続された電源である。７は、サーミス
タ１と抵抗３の接続点と、サーミスタ２と抵抗４の接続
点間の電圧（以下、ホイートストンブリッジ５の出力電
圧とする）を増幅する差分増幅器、８は、サーミスタ１
と抵抗３の接続点と電源６の低電位側端子間の電圧（抵
抗３の両端電圧）を増幅する増幅器、９は差分増幅器７
の出力電圧及び増幅器８の出力電圧を入力して演算処理
を行い赤外線量を算出する信号処理回路である。

【０００３】図１０に示す回路では、ホイートストンブ
リッジ５の２辺にサーミスタを１個ずつ入れ、一方のサ
ーミスタ（サーミスタ１）を温度補償用とし、他方のサ
ーミスタ（サーミスタ２）に赤外線を入射させて赤外線
を検出するように構成されている。つまり、サーミスタ
２に赤外線が入射すると、その赤外線量に応じてサーミ
スタ２の抵抗値が変化し、ホイートストンブリッジ５の
バランスが崩れ、入射した赤外線量に応じた出力電圧が
ホイートストンブリッジ５から出力されるので、その出
力電圧を捉えることによって赤外線を検出していた。こ
の場合、抵抗３の両端電圧を増幅する増幅器８の出力電
圧より、抵抗３の両端電圧及びサーミスタ１の両端電圧
を求め、さらにサーミスタ１の抵抗値、周囲温度を求め
ることによって、増幅器８の出力電圧を温度補正のため
に用いていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図１０に示した従来の
回路では、サーミスタ１，２と抵抗３，４が別工程で形
成されるため、ホイートストンブリッジ５を構成する抵
抗素子の抵抗値が大きくばらつき、ホイートストンブリ
ッジ５の出力に大きなオフセット電圧が出力されるとい
う問題点があり、抵抗素子の抵抗値を調整してオフセッ
ト電圧を小さくする必要があった。また、図１０に示す
回路では、ホイートストンブリッジ５には、常に、ある
程度の電流が流れることになり、必然的に消費電流が増
え、サーミスタの自己発熱による影響が大きくなり誤差
が無視できなくなるといった問題点があった。さらに、
赤外線検出感度を上げるためには、サーミスタの熱容量
を小さくする必要があるが、熱容量を小さくした場合に
もサーミスタに電流を流した場合の自己発熱の影響が無
視できなくなっていた。また、赤外線入射量は、測定環
境温度と温度測定対象物の絶対温度の４乗の差に比例す
るため、測定環境温度と温度測定対象物の温度差が大き
い場合と小さい場合とでは、出力の分解能が大きく異な
るという課題があった。

【０００５】本発明は、上記問題点に鑑みなされたもの
で、その目的とするところは、サーミスタを用いた赤外
線検出装置において、サーミスタの自己発熱の影響を受
けにくく、消費電力の小さい高精度の赤外線検出装置の
構造を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の赤外線検出装置は、ワンチップ上に
形成された４つのサーミスタで構成され一辺又は対向辺
のサーミスタに赤外線が入射するホイートストンブリッ
ジと、電源と、コンデンサと、そのコンデンサを前記電
源に接続するか、または、前記ホイートストンブリッジ
の電源入力端子に接続するかを切り換えるスイッチング
回路と、前記スイッチング回路により前記コンデンサを
前記電源に接続してそのコンデンサを充電した後、前記
スイッチング回路によりコンデンサを前記ホイートスト
ンブリッジの電源入力端子に接続して放電を開始したと
きから、そのホイートストンブリッジの電源入力端子の
電圧が所定電圧に低下するまでの時間を計測する時間計
測手段と、ホイートストンブリッジの出力電圧を増幅す
る差分増幅器と、差分増幅器の出力と時間計測手段の出
力に基づいて測定環境温度と赤外線が入射したサーミス
タの温度を算出する信号処理回路を備えたことを特徴と
するものである。

【０００７】請求項２記載の赤外線検出装置は、請求項
１記載の赤外線検出装置で、前記所定電圧に反比例した
増幅率で、前記ホイートストンブリッジの出力電圧を増
幅する差分増幅器を備えたことを特徴とするものであ
る。

【０００８】請求項３記載の赤外線検出装置は、請求項
１記載の赤外線検出装置で、前記時間計測手段が計測し
た時間に対応した信号を入力して、前記ホイートストン
ブリッジの出力電圧を増幅する増幅率を変化させる差分
増幅器を備えたことを特徴とするものである。

【０００９】請求項４記載の赤外線検出装置は、請求項
１記載の赤外線検出装置で、前記ホイートストンブリッ
ジの出力電圧に対応した信号を入力して、前記ホイート
ストンブリッジの出力電圧を増幅する増幅率を変化させ
る差分増幅器を備えたことを特徴とするものである。

【００１０】請求項５記載の赤外線検出装置は、請求項
１記載の赤外線検出装置で、測定環境温度に保たれたサ
ーミスタを備え、そのサーミスタの抵抗値により、前記
ホイートストンブリッジの出力電圧を増幅する増幅率を
変化させる差分増幅器を備えたことを特徴とするもので
ある。

【００１１】

【作用】本発明の赤外線検出装置によれば、ワンチップ
上に形成した４つのサーミスタで、ホイートストンブリ
ッジを構成することにより、それらのサーミスタの抵抗
値のばらつきが非常に小さくなるので抵抗値調整を不要
にすることができる。また、サーミスタに与えるエネル
ギーをコンデンサに蓄積した電荷のエネルギーのみにし
て、常に一定のエネルギーをサーミスタに与えることに
より、サーミスタの自己発熱量を一定にすることができ
るので、自己発熱の影響を演算により取り除いて自己発
熱の影響を小さくすることができる。

【００１２】請求項１記載の赤外線検出装置は、スイッ
チング回路によって、まず、コンデンサを電源に接続し
て充電した後、コンデンサをホイートストンブリッジの
電源入力端子に接続して放電させ、その電圧が基準電圧
等の所定電圧より小さくなるまでの時間を、カウンタ等
の時間測定手段により測定し、その時間により測定環境
温度を検出すると共に、ホイートストンブリッジの一辺
に配置されたサーミスタ、または、ホイートストンブリ
ッジの対角に位置する２つのサーミスタにのみ赤外線が
入射するようにし、ホイートストンブリッジの出力電圧
から赤外線量を検出する。

【００１３】請求項１記載の赤外線検出装置では、コン
デンサに充電された電荷がホイートストンブリッジを介
して放電する際、ホイートストンブリッジの電源入力端
子の電圧はホイートストンブリッジの合成抵抗値とコン
デンサの静電容量によって決まる時定数で低下してい
く。請求項２記載の赤外線検出装置は、請求項１記載の
赤外線検出装置に、所定電圧に反比例した増幅率でホイ
ートストンブリッジの出力電圧を増幅する差分増幅器を
備えたものである。このように構成することによって、
サーミスタへの電圧印加回数を増やすことなく、１回の
放電期間中に、増幅器を変えながらホイートストンブリ
ッジの出力電圧を繰り返し測定することができるので精
度の向上が図れる。

【００１４】請求項３記載の赤外線検出装置によれば、
時間計測手段が計測した時間より測定環境温度を算出
し、その測定環境温度に応じて、ホイートストンブリッ
ジの出力電圧を増幅する差分増幅器の増幅率を、分解能
低下を抑制することができる適切な値に変化させること
ができるので精度の向上が図れる。

【００１５】請求項４記載の赤外線検出装置によれば、
検出したホイートストンブリッジの出力電圧に応じて、
ホイートストンブリッジの出力電圧を増幅する差分増幅
器の増幅率を、分解能低下を抑制することができる適切
な値に変化させることができるので精度の向上が図れ
る。

【００１６】つまり、コンデンサの放電時にホイートス
トンブリッジの出力電圧を測定し、その値により、差分
増幅器の増幅率を最適な値に設定して、コンデンサの２
回目の放電時にホイートストンブリッジの出力電圧を測
定することによって、測定環境温度による分解能低下を
抑えることができ、精度の向上が図れる。

【００１７】請求項５記載の赤外線検出装置は、測定環
境温度に保たれたサーミスタを備え、そのサーミスタの
抵抗値により、ホイートストンブリッジの出力電圧を増
幅する増幅率を変化させる差分増幅器を備えたことを特
徴とするものである。このように構成することによっ
て、測定環境温度による分解能低下を抑えて高精度の赤
外線検出装置を実現することができる。

【００１８】

【実施例】図１の回路図に基づいて本発明の赤外線検出
装置の一実施例について説明する。１０は、ワンチップ
上に形成されたサーミスタ１０ａ〜１０ｄによって構成
されたホイートストンブリッジ、１１はホイートストン
ブリッジ１０の電源入力端子ａ，ｂ、または、電源１２
に接続されるコンデンサ、１３はコンデンサ１１を、ホ
イートストンブリッジ１０の電源入力端子ａ，ｂに接続
するか、電源１２に接続するかを切り換えるスイッチン
グ回路である。

【００１９】また、１４はホイートストンブリッジ１０
の電源入力端子ａ，ｂ間の電圧と、基準電源１５の基準
電圧Vrを比較して、電源入力端子ａ，ｂ間の電圧が基準
電圧Vrより小さくなった時にその出力を反転させる比較
器、１６はコンデンサ１１がホイートストンブリッジ１
０の電源入力端子ａ，ｂに接続された時から比較器１４
の出力が反転するまでの時間をカウントするカウンタ、
１７はサーミスタ１０ａとサーミスタ１０ｂの接続点
と、サーミスタ１０ｃとサーミスタ１０ｄの接続点間の
電圧（ホイートストンブリッジ１０の出力電圧）を増幅
する差分増幅器、１８は差分増幅器１７の出力信号をサ
ンプリングし保持するサンプルホールド、１９は、サン
プルホールド１８及びカウンタ１６の出力信号を処理す
る信号処理回路、２０は、スイッチング回路１３、カウ
ンタ１６、サンプルホールド１８に制御信号を出力する
クロックである。

【００２０】図１に示す赤外線検出装置では、ホイート
ストンブリッジ１０の一辺を構成するサーミスタ１０ａ
にのみに赤外線が入射し、他のサーミスタ１０ｂ〜１０
ｄには入射しないようにサーミスタ１０ｂ〜１０ｄは遮
光されている。

【００２１】次に、図２の波形図に基づいて回路動作を
説明する。図で、（ａ）はスイッチング回路１３が入力
する電源側切り換え信号で、この信号がHIGH状態のとき
は、コンデンサ１１が電源１２に接続されていることを
示している。（ｂ）はスイッチング回路１３が入力する
ホイートストンブリッジ側切り換え信号で、この信号が
HIGH状態のときは、コンデンサ１１がホイートストンブ
リッジ１０の電源入力端子ａ，ｂに接続されていること
を示している。（ｃ）はコンデンサ１１の両端電圧（ホ
イートストンブリッジ１０の電源入力端子ａ，ｂ間の電
圧）、（ｄ）はカウンタ１６のカウント期間で、この信
号がHIGH状態の時、時間計測中であることを示してい
る。（ｅ）はサンプルホールド１８の動作状態を示す信
号で、この信号がHIGH状態のときに、サンプルホールド
１８は入力信号をサンプリングし、この信号がLOW 状態
のときに、サンプルホールド１８は入力信号を保持して
いることを示している。

【００２２】測定を開始すると、まず、クロック２０か
らスイッチング回路１３に、（ａ）に示す電源側切り換
え信号が出力されるので、スイッチング回路１３がコン
デンサ１１を電源１２に接続して、コンデンサ１１を充
電する。充電が完了した後、クロック２０からスイッチ
ング回路１３に、（ｂ）に示すホイートストンブリッジ
側切り換え信号が出力されるので、スイッチング回路１
３は、コンデンサ１１をホイートストンブリッジ１０の
電源入力端子ａ，ｂに接続するので、（ｃ）に示すよう
に、コンデンサ１１の放電が開始される。

【００２３】この時、（ｄ）に示すように、コンデンサ
１１の放電開始と同時に、カウンタ１６による時間のカ
ウントが開始され、コンデンサ１１の放電により、
（ｃ）に示すコンデンサ１１の両端電圧（ホイートスト
ンブリッジ１０の電源入力端子ａ，ｂ間の電圧）が、基
準電源１５の基準電圧Vrより小さくなるまでカウントが
行われる。さらに、（ｅ）に示すように、コンデンサ１
１の放電開始と同時に、ホイートストンブリッジ１０の
出力電圧がサンプルホールド１８に取り込まれ保持され
信号処理回路１９に取り込まれる。

【００２４】ホイートストンブリッジ１０の出力電圧
は、サーミスタ１０ａが受けた熱の関数であるので、そ
の出力電圧から赤外線照射量を求めることができる。ホ
イートストンブリッジ１０の出力電圧と熱の関係につい
て説明する。サーミスタの、ある温度T における抵抗値
R は、R=R₀exp[B(1/T-1/T₀)]で表される。ここで、T₀は
ある基準温度(K) 、B はサーミスタ定数、R₀はT₀での抵
抗値 (Ω) である。

【００２５】ここで、サーミスタ１０ｂ〜１０ｄの温度
をTaとし、サーミスタ１０ａの温度は赤外線照射により
Tsとなっているとすると、出力電圧Vsは次式のようにな
る。

【００２６】

【数１】

【００２７】ここで、Vdd は電源１２の電源電圧、G は
差分増幅器１７の増幅率である。但し、コンデンサ１１
の放電時間はサンプルホールド１８のサンプリング時間
より十分長く、サンプリング中はホイートストンブリッ
ジ１０の印加電圧は低下しないとする。

【００２８】次に、赤外線を照射しないサーミスタ１０
ｂ〜１０ｄの温度（測定環境温度）Taを求める。サーミ
スタの温度（測定環境温度）Taは、コンデンサ１１の放
電時間（カウンタ１６のカウント時間）を測定すること
により求められる。放電時間は時定数τで決まり次式の
ようになる。

【００２９】

【数２】

【００３０】ここで、Ｃはコンデンサ１１の静電容量で
ある。また、赤外線は微弱であり赤外線が照射されるサ
ーミスタ１０ａの温度上昇もわずかであるため、サーミ
スタ１０ａの抵抗値は他のサーミスタ１０ｂ〜１０ｄの
抵抗値と同じとした。このように、（２）式により温度
Taを算出することができ、（１）式により、温度Tsを求
めることができるので、時定数τと出力電圧Vsから温度
Ta, Tsを算出することができる。

【００３１】熱容量の小さいサーミスタを用いた場合、
電圧印加による自己発熱の影響が大きいが、この方式を
用いれば、サーミスタに与えるエネルギーは小さく、常
に一定なので自己発熱量も一定になり演算によってその
影響を簡単に取り除くことができる。

【００３２】図３の回路図に基づいて本発明の赤外線検
出装置の異なる実施例について説明する。但し、図１に
示した構成と同等構成については同符号を付すこととす
る。１０は、ワンチップ上に形成されたサーミスタ１０
ａ〜１０ｄによって構成されたホイートストンブリッ
ジ、１１はホイートストンブリッジ１０の電源入力端子
ａ，ｂ、または、電源１２に接続されるコンデンサ、１
３はコンデンサ１１を、ホイートストンブリッジ１０の
電源入力端子ａ，ｂに接続するか、電源１２に接続する
かを切り換えるスイッチング回路である。

【００３３】また、２１は基準電圧回路で、電源２１ａ
と、電源２１ａの電圧を分圧する抵抗２１ｂと、抵抗２
１ｂの分圧比を変化させて、出力である基準電圧を段階
的に変える基準電圧制御部２１ｃとで構成されている。
１４はホイートストンブリッジ１０の電源入力端子ａ，
ｂ間の電圧と、基準電圧回路２１の基準電圧を比較し
て、電源入力端子ａ，ｂ間の電圧が基準電圧より小さく
なった時にその出力を反転させる比較器、１６はコンデ
ンサ１１がホイートストンブリッジ１０の電源入力端子
ａ，ｂに接続された時から比較器１４の出力が反転する
までの時間をカウントするカウンタ、２２はホイートス
トンブリッジ１０の出力電圧を、基準電圧に反比例した
増幅率で増幅する差分増幅器、１８は差分増幅器２２の
出力信号をサンプリングし保持するサンプルホールド、
１９はサンプルホールド１８及びカウンタ１６の出力信
号を処理する信号処理回路、２０は制御信号を出力する
クロックである。図１に示した実施例と同様に、赤外線
はサーミスタ１０ａにのみ照射されるように構成されて
いる。

【００３４】図４の波形図に基づいて回路動作を説明す
る。図で、（ａ）はスイッチング回路１３が入力する電
源側切り換え信号で、この信号がHIGH状態のときは、コ
ンデンサ１１が電源１２に接続されていることを示して
いる。（ｂ）はスイッチング回路１３が入力するホイー
トストンブリッジ側切り換え信号で、この信号がHIGH状
態のときは、コンデンサ１１がホイートストンブリッジ
１０の電源入力端子ａ，ｂに接続されていることを示し
ている。（ｃ）はコンデンサ１１の両端電圧（ホイート
ストンブリッジ１０の電源入力端子ａ，ｂ間の電圧）、
（ｄ）はカウンタ１６のカウント期間で、この信号がHI
GH状態の時、時間計測中であることを示している。
（ｅ）はサンプルホールド１８の動作状態を示す信号
で、この信号がHIGH状態のときに、サンプルホールド１
８は入力信号をサンプリングし、この信号がLOW 状態の
ときに、サンプルホールド１８は入力信号を保持してい
ることを示している。（ｆ）は基準電圧に反比例した増
幅率で増幅する差分増幅器２２の増幅率（ゲイン）であ
る。

【００３５】測定を開始すると、まず、クロック２０か
らスイッチング回路１３に、（ａ）に示す電源側切り替
え信号が出力されるので、スイッチング回路１３がコン
デンサ１１を電源１２に接続して、コンデンサ１１を充
電する。充電が完了した後、クロック２０からスイッチ
ング回路１３に、（ｂ）に示すホイートストンブリッジ
側切り替え信号が出力されるので、スイッチング回路１
３は、コンデンサ１１をホイートストンブリッジ１０の
電源入力端子ａ，ｂに接続するので、（ｃ）に示すよう
に、コンデンサ１１の放電が開始される。

【００３６】この時、コンデンサ１１の放電開始と同時
に、カウンタ１６による時間のカウントが開始され、
（ｄ）に示すように、コンデンサ１１の放電が終了する
までカウントされる。さらに、コンデンサ１１の放電開
始と同時に、ホイートストンブリッジ１０の出力電圧
を、増幅率G で差分増幅器２２により増幅した信号をサ
ンプルホールド１８に取り込み信号処理回路１９に取り
込む。

【００３７】次に、ホイートストンブリッジ１０の電源
入力端子ａ，ｂ間の電圧が、ある基準電圧V1に低下した
時、ホイートストンブリッジ１０の出力電圧を、増幅率
G ×（電源電圧／基準電圧V1）を新たな増幅率として差
分増幅器２２で増幅し、サンプルホールド１８で保持す
る。（ｆ）に示すように、基準電圧を変えて、２回、３
回とホイートストンブリッジ１０の出力電圧を保持す
る。本実施例の場合、２回目にホイートストンブリッジ
１０の出力電圧を保持する場合の基準電圧V1を電源電圧
の2/3 に設定している。従って、２回目のホイートスト
ンブリッジ１０の出力電圧取り込み時の増幅率は1.5Gと
なる。さらに３回目のホイートストンブリッジ１０の出
力電圧取り込み時の基準電圧V2を電源電圧の1/3 に設定
し、３回目の測定時の増幅率を3Gとしている。このよう
に一度の放電で数回測定することにより精度良く赤外線
を検出することができる。

【００３８】図５の回路図に基づいて本発明の赤外線検
出装置のさらに異なる実施例について説明する。但し、
図１に示した構成と同等構成については同符号を付すこ
ととする。１０は、ワンチップ上に形成されたサーミス
タ１０ａ〜１０ｄによって構成されたホイートストンブ
リッジ、１１はホイートストンブリッジ１０の電源入力
端子ａ，ｂ、または、電源１２に接続されるコンデン
サ、１３はコンデンサ１１を、ホイートストンブリッジ
１０の電源入力端子ａ，ｂに接続するか、電源１２に接
続するかを切り換えるスイッチング回路である。

【００３９】また、１４はホイートストンブリッジ１０
の電源入力端子ａ，ｂ間の電圧と、基準電源１５の基準
電圧を比較して、電源入力端子ａ，ｂ間の電圧が基準電
圧より小さくなった時にその出力を反転させる比較器、
２４はコンデンサ１１がホイートストンブリッジ１０の
電源入力端子ａ，ｂに接続された時から比較器１４の出
力が反転するまでの時間をカウントするカウンタ、２３
はホイートストンブリッジ１０の出力電圧を、カウンタ
２４のカウント数（計測した時間）により増幅率を変え
て増幅する差分増幅器、１８は差分増幅器２３の出力信
号をサンプリングし保持するサンプルホールド、１９
は、サンプルホールド１８及びカウンタ２４の出力信号
を処理する信号処理回路、２０は、スイッチング回路１
３、カウンタ２４、サンプルホールド１８に制御信号を
出力するクロックである。図１に示した実施例と同様
に、赤外線はサーミスタ１０ａにのみ照射されるように
構成されている。

【００４０】図６の波形図に基づいて回路動作を説明す
る。図で、（ａ）はスイッチング回路１３が入力する電
源側切り換え信号で、この信号がHIGH状態のときは、コ
ンデンサ１１が電源１２に接続されていることを示して
いる。（ｂ）はスイッチング回路１３が入力するホイー
トストンブリッジ側切り換え信号で、この信号がHIGH状
態のときは、コンデンサ１１がホイートストンブリッジ
１０に接続されていることを示している。（ｃ）はコン
デンサ１１の両端電圧（ホイートストンブリッジ１０の
電源入力端子ａ，ｂ間の電圧）、（ｄ）はカウンタ２４
のカウント期間で、この信号がHIGH状態の時、時間計測
中であることを示している。（ｅ）はサンプルホールド
１８の動作状態を示す信号で、この信号がHIGH状態のと
きに、サンプルホールド１８は入力信号をサンプリング
し、この信号がLOW 状態のときに、サンプルホールド１
８は入力信号を保持していることを示している。（ｆ）
はカウンタ２４のカウント値（計測した時間）に応じた
増幅率で増幅する差分増幅器２２の増幅率（ゲイン）で
ある。

【００４１】測定を開始すると、まず、クロック２０か
らスイッチング回路１３に、（ａ）に示す電源側切り替
え信号が出力されるので、スイッチング回路１３がコン
デンサ１１を電源１２に接続して、コンデンサ１１を充
電する。充電が完了した後、クロック２０からスイッチ
ング回路１３に、（ｂ）に示すホイートストンブリッジ
側切り替え信号が出力されるので、スイッチング回路１
３は、コンデンサ１１をホイートストンブリッジ１０の
電源入力端子ａ，ｂに接続するので、（ｃ）に示すよう
に、コンデンサ１１の放電が開始される。

【００４２】この時、（ｄ）に示すように、コンデンサ
１１の放電開始と同時に、カウンタ２４による時間のカ
ウントが開始され、コンデンサ１１の放電により、
（ｃ）に示すコンデンサ１１の両端電圧（ホイートスト
ンブリッジ１０の電源入力端子ａ，ｂ間の電圧）が、基
準電源１５の基準電圧Vrより小さくなるまでカウントが
行われる。

【００４３】このカウント数により適切な増幅率を設定
して、再び、コンデンサ１１を電源１２に接続して充電
した後、コンデンサ１１をホイートストンブリッジ１０
の電源入力端子ａ，ｂに接続して放電を開始させる。そ
れと同時にホイートストンブリッジ１０の出力電圧を、
１回目のコンデンサ放電時に設定した増幅率で差分増幅
器２３によって増幅しサンプルホールド１８で保持して
信号処理回路１９に取り込む。このように構成すること
により分解能の低下を抑制できるので、ホイートストン
ブリッジ１０の出力電圧を精度良く測定できる。

【００４４】図７の回路図に基づいて本発明の赤外線検
出装置のさらに異なる実施例について説明する。但し、
図１に示した構成と同等構成については同符号を付すこ
ととする。１０は、ワンチップ上に形成されたサーミス
タ１０ａ〜１０ｄによって構成されたホイートストンブ
リッジ、１１はホイートストンブリッジ１０の電源入力
端子ａ，ｂ、または、電源１２に接続されるコンデン
サ、１３はコンデンサ１１を、ホイートストンブリッジ
１０の電源入力端子ａ，ｂに接続するか、電源１２に接
続するかを切り換えるスイッチング回路である。

【００４５】また、１４はホイートストンブリッジ１０
の電源入力端子ａ，ｂ間の電圧と、基準電源１５の基準
電圧を比較して、電源入力端子ａ，ｂ間の電圧が基準電
圧より小さくなった時にその出力を反転させる比較器、
１６はコンデンサ１１がホイートストンブリッジ１０の
電源入力端子ａ，ｂに接続された時から比較器１０の出
力が反転するまでの時間をカウントするカウンタ、２５
はホイートストンブリッジ１０の出力電圧を増幅する差
分増幅器で、サンプルホールド１８の出力信号によって
その増幅率が変化するように構成されている。

【００４６】さらに、１８は差分増幅器２５の出力信号
をサンプリングし保持するサンプルホールド、１９は、
サンプルホールド１８及びカウンタ１６の出力信号を処
理する信号処理回路、２０は、スイッチング回路１３、
カウンタ１６、サンプルホールド１８に制御信号を出力
するクロックである。図１に示した実施例と同様に、赤
外線はサーミスタ１０ａにのみ照射されるように構成さ
れている。

【００４７】図８の波形図に基づいて回路動作を説明す
る。図で、（ａ）はスイッチング回路１３が入力する電
源側切り換え信号で、この信号がHIGH状態のときは、コ
ンデンサ１１が電源１２に接続されていることを示して
いる。（ｂ）はスイッチング回路１３が入力するホイー
トストンブリッジ側切り換え信号で、この信号がHIGH状
態のときは、コンデンサ１１がホイートストンブリッジ
１０に接続されていることを示している。（ｃ）はコン
デンサ１１の両端電圧（ホイートストンブリッジ１０の
電源入力端子ａ，ｂ間の電圧）、（ｄ）はカウンタ１６
のカウント期間で、この信号がHIGH状態の時、時間計測
中であることを示している。（ｅ）はサンプルホールド
１８の動作状態を示す信号で、この信号がHIGH状態のと
きに、サンプルホールド１８は入力信号をサンプリング
し、この信号がLOW 状態のときに、サンプルホールド１
８は入力信号を保持していることを示している。（ｆ）
はサンプルホールド１８の出力信号によって変化する差
分増幅器２２の増幅率（ゲイン）である。

【００４８】測定を開始すると、まず、クロック２０か
らスイッチング回路１３に、（ａ）に示す電源側切り替
え信号が出力されるので、スイッチング回路１３がコン
デンサ１１を電源１２に接続して、コンデンサ１１を充
電する。充電が完了した後、クロック２０からスイッチ
ング回路１３に、（ｂ）に示すホイートストンブリッジ
側切り替え信号が出力されるので、スイッチング回路１
３は、コンデンサ１１をホイートストンブリッジ１０の
電源入力端子ａ，ｂに接続するので、（ｃ）に示すよう
に、コンデンサ１１の放電が開始される。

【００４９】この時、（ｄ）に示すように、コンデンサ
１１の放電開始と同時に、カウンタ１６による時間のカ
ウントが開始され、コンデンサ１１の放電により、
（ｃ）に示すコンデンサ１１の両端電圧（ホイートスト
ンブリッジ１０の電源入力端子ａ，ｂ間の電圧）が、基
準電源１５の基準電圧Vrより小さくなるまでカウントが
行われる。また、コンデンサ１１の放電開始と同時に、
ホイートストンブリッジ１０の出力電圧をサンプルホー
ルド１８で保持し、その出力信号によって差分信号増幅
器２２の増幅率を最適な値に設定する。

【００５０】次に、再び、コンデンサ１１を電源１２側
に接続してコンデンサ１１を充電する。充電が完了すれ
ばスイッチング回路１３を切り替え、コンデンサ１１と
ホイートストンブリッジ１０の電源入力端子ａ，ｂを接
続し、コンデンサ１１の放電を開始し、それと同時にホ
イートストンブリッジ１０の出力電圧を、設定した増幅
率で増幅しサンプルホールド１８で保持して信号処理回
路１９に取り込む。このように構成することにより分解
能の低下を抑制できるので、ホイートストンブリッジ１
０の出力電圧を精度良く測定できる。

【００５１】図９の回路図に基づいて本発明の赤外線検
出装置のさらに異なる実施例について説明する。但し、
図１に示した構成と同等構成については同符号を付すこ
ととする。１０は、ワンチップ上に形成されたサーミス
タ１０ａ〜１０ｄによって構成されたホイートストンブ
リッジ、１１はホイートストンブリッジ１０の電源入力
端子ａ，ｂ、または、電源１２に接続されるコンデン
サ、１３はコンデンサ１１を、ホイートストンブリッジ
１０の電源入力端子ａ，ｂに接続するか、電源１２に接
続するかを切り換えるスイッチング回路である。

【００５２】また、１４はホイートストンブリッジ１０
の電源入力端子ａ，ｂ間の電圧と、基準電源１５の基準
電圧を比較して、電源入力端子ａ，ｂ間の電圧が基準電
圧より小さくなった時にその出力を反転させる比較器、
１６はコンデンサ１１がホイートストンブリッジ１０の
電源入力端子ａ，ｂに接続された時から比較器１４の出
力が反転するまでの時間をカウントするカウンタであ
る。

【００５３】また、２６は、その温度が測定環境温度に
保たれたサーミスタ２６ａを用いた演算増幅器２６ｂを
備えた回路で、そのサーミスタ２６ａの抵抗値により、
ホイートストンブリッジ１０の出力電圧を増幅する増幅
率を変化させる差分増幅器である。

【００５４】さらに、１８は差分増幅器２６の出力信号
をサンプリングし保持するサンプルホールド、１９は、
サンプルホールド１８及びカウンタ１６の出力信号を処
理する信号処理回路、２０は、スイッチング回路１３、
カウンタ１６、サンプルホールド１８に制御信号を出力
するクロックである。図１に示した実施例と同様に、赤
外線はサーミスタ１０ａにのみ照射されるように構成さ
れている。

【００５５】図２の波形図に基づいて図９に示す回路の
動作を説明する。測定を開始すると、まず、クロック２
０からスイッチング回路１３に、（ａ）に示す電源側切
り替え信号が出力されるので、スイッチング回路１３が
コンデンサ１１を電源１２に接続して、コンデンサ１１
を充電する。充電が完了した後、クロック２０からスイ
ッチング回路１３に、（ｂ）に示すホイートストンブリ
ッジ側切り替え信号が出力されるので、スイッチング回
路１３は、コンデンサ１１をホイートストンブリッジ１
０の電源入力端子ａ，ｂに接続するので、（ｃ）に示す
ように、コンデンサ１１の放電が開始される。

【００５６】この時、（ｄ）に示すように、コンデンサ
１１の放電開始と同時に、カウンタ１６による時間のカ
ウントが開始され、コンデンサ１１の放電により、
（ｃ）に示すコンデンサ１１の両端電圧（ホイートスト
ンブリッジ１０の電源入力端子ａ，ｂ間の電圧）が、基
準電源１５の基準電圧Vrより小さくなるまでカウントが
行われる。さらに、コンデンサ１１の放電開始と同時
に、ホイートストンブリッジ１０の出力電圧がサンプル
ホールド１８に保持され信号処理回路１９に取り込まれ
る。

【００５７】図９に示す回路の場合、差分増幅器２６の
増幅率は、差分増幅器２６に設けられたサーミスタ２６
ａの抵抗値により決定される。このサーミスタ２６ａを
測定環境温度に保つようにすれば、測定環境温度に応じ
て、分解能が低下しないように、増幅率を適切な値に設
定することができるので、測定環境温度による感度の低
下を抑えることができる。

【００５８】

【発明の効果】請求項１乃至請求項５記載の赤外線検出
装置によれば、ホイートストンブリッジ出力のオフセッ
ト調節が不要で、自己発熱の影響が少ないため、赤外線
検出精度の向上が図れる。

【００５９】請求項２記載の赤外線検出装置によれば、
ホイートストンブリッジへの電圧印加回数を増やすこと
なく、ホイートストンブリッジの出力電圧を繰り返し測
定することができるので赤外線検出精度の向上が図れ
る。

【００６０】請求項３乃至請求項５記載の赤外線検出装
置によれば、分解能が低下しないように、ホイートスト
ンブリッジ出力電圧を増幅する差分増幅器の増幅率を変
化させることができるので、測定環境温度の影響が少な
くなり、より赤外線検出精度の向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の赤外線検出装置の一実施例を示す回路
図である。

【図２】図１に示す赤外線検出装置の動作を説明するた
めの波形図である。

【図３】本発明の赤外線検出装置の異なる実施例を示す
回路図である。

【図４】図３に示す赤外線検出装置の動作を説明するた
めの波形図である。

【図５】本発明の赤外線検出装置のさらに異なる実施例
を示す回路図である。

【図６】図５に示す赤外線検出装置の動作を説明するた
めの波形図である。

【図７】本発明の赤外線検出装置のさらに異なる実施例
を示す回路図である。

【図８】図７に示す赤外線検出装置の動作を説明するた
めの波形図である。

【図９】本発明の赤外線検出装置のさらに異なる実施例
を示す回路図である。

【図１０】従来の赤外線検出装置の一例を示す回路図で
ある。

【符号の説明】

１０ホイートストンブリ
ッジ１０ａ〜１０ｄ，２６ａサーミスタ１１コンデンサ１２電源１３スイッチング回路１６，２４カウンタ（時間計測
手段）２２，２３，２５，２６差分増幅器

フロントページの続き (56)参考文献特開平６−160185（ＪＰ，Ａ) 特開平８−68700（ＪＰ，Ａ) 実開平４−55528（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01J 1/02 G01J 1/42 G01J 5/02 G01J 5/20 - 5/24 G01K 7/24 H01L 27/14

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ワンチップ上に形成された４つのサーミ
スタで構成され一辺又は対向辺のサーミスタに赤外線が
入射するホイートストンブリッジと、電源と、コンデン
サと、そのコンデンサを前記電源に接続するか、また
は、前記ホイートストンブリッジの電源入力端子に接続
するかを切り換えるスイッチング回路と、前記スイッチ
ング回路により前記コンデンサを前記電源に接続してそ
のコンデンサを充電した後、前記スイッチング回路によ
りコンデンサを前記ホイートストンブリッジの電源入力
端子に接続して放電を開始したときから、そのホイート
ストンブリッジの電源入力端子の電圧が所定電圧に低下
するまでの時間を計測する時間計測手段と、ホイートス
トンブリッジの出力電圧を増幅する差分増幅器と、差分
増幅器の出力と時間計測手段の出力に基づいて測定環境
温度と赤外線が入射したサーミスタの温度を算出する信
号処理回路を備えたことを特徴とする赤外線検出装置。
【請求項２】前記所定電圧に反比例した増幅率で、前
記ホイートストンブリッジの出力電圧を増幅する差分増
幅器を備えたことを特徴とする請求項１記載の赤外線検
出装置。
【請求項３】前記時間計測手段が計測した時間に対応
した信号を入力して、前記ホイートストンブリッジの出
力電圧を増幅する増幅率を変化させる差分増幅器を備え
たことを特徴とする請求項１記載の赤外線検出装置。
【請求項４】前記ホイートストンブリッジの出力電圧
に対応した信号を入力して、前記ホイートストンブリッ
ジの出力電圧を増幅する増幅率を変化させる差分増幅器
を備えたことを特徴とする請求項１記載の赤外線検出装
置。
【請求項５】測定環境温度に保たれたサーミスタを備
え、そのサーミスタの抵抗値により、前記ホイートスト
ンブリッジの出力電圧を増幅する増幅率を変化させる差
分増幅器を備えたことを特徴とする請求項１記載の赤外
線検出装置。