JP3282389B2 - 焦電型赤外線センサ回路 - Google Patents

焦電型赤外線センサ回路

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、焦電型赤外線センサ回
路に関し、さらに詳しくは、検出感度と高速応答性を両
立できる焦電型赤外線センサ回路に関する。
【0002】
【従来の技術】図3は、従来の焦電型赤外線センサ回路
の一例を示す回路図である。この焦電型赤外線センサ回
路500において、焦電型赤外線センサS1の一端は基
準電位VREFおよびオペアンプOP1の非反転入力端
子に接続され、前記焦電型赤外線センサS1の他端は前
記オペアンプOP1の反転入力端子に接続されている。
前記基準電位VREFは、電源電圧VCCを分圧抵抗R
4,R5で分圧して得ている。前記オペアンプOP1の
反転入力端子と出力端子の間には、帰還抵抗R22が接
続されている。なお、C1は、前記オペアンプOP1の
反転入力端子と出力端子の間に存在する浮遊容量C1で
ある。
【0003】次に、上記焦電型赤外線センサ回路500
の動作を説明する。焦電型赤外線センサS1は、赤外線
の変化があると、それによる温度変化に応じて、略10
-8 C/K・cm2の電荷を放出する。例えば、焦電型赤
外線センサS1の検出素子の大きさが0.1cm×0.
1cmで,検出素子の温度変化が0.001Kとすると
き、略10-8C/K・cm2×0.01cm2×0.00
1K=10-13Cの電荷を放出する。すると、帰還抵抗
R22および浮遊容量C1を通して、オペアンプOP1
の出力端子から反転入力端子に、前記電荷に応じた電流
が帰還される。この結果、赤外線の強度に応じた検出信
号Soが、オペアンプOP1から出力されることにな
る。
【0004】上記焦電型赤外線センサ回路500は、浮
遊容量C1のため、高域遮断型のフィルタ特性を有して
いる。高域遮断周波数fpは、 fp=1/(2π・C1・R22) で規定される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の焦電型赤外
線センサ回路500において、検出感度を高くするため
には、帰還抵抗R22の値を大きくし、増幅率を上げれ
ばよい。しかし、帰還抵抗R22の値を大きくすると、
高域遮断周波数fpが低くなり、高速応答性を失ってし
まう。例えば、浮遊容量C1が数pF程度とするとき、
帰還抵抗R22を1011Ω程度とすると、高域遮断周波
数fpは数10Hz程度となり、高速応答性を失ってし
まう。すなわち、上記従来の焦電型赤外線センサ回路5
00では、検出感度と高速応答性とがトレードオフの関
係にあり、両立が困難な問題点がある。そこで、本発明
の目的は、検出感度と高速応答性を両立できる焦電型赤
外線センサ回路を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】第1の観点では、本発明
は、焦電型赤外線センサの一端を第1の基準電位点およ
び差動増幅器の非反転入力端子に接続し、前記焦電型赤
外線センサの他端を前記差動増幅器の反転入力端子に接
続し、前記差動増幅器の反転入力端子と第2の基準電位
点の間にフォトカプラの受光素子と直列抵抗の直列回路
を接続し、前記受光素子と並列に並列抵抗を接続し、前
記差動増幅器の出力端子と第3の基準電位点の間に前記
フォトカプラの発光素子と増幅率決定用抵抗とを接続し
たことを特徴とする焦電型赤外線センサ回路を提供す
る。
【0007】第2の観点では、本発明は、上記第1の観
点の焦電型赤外線センサ回路において、第2の基準電位
を与えるための第2基準電位用直流電源または第3の基
準電位を与えるための第3基準電位用直流電源の少なく
とも一方を設けたことを特徴とする焦電型赤外線センサ
回路を提供する。
【0008】第3の観点では、本発明は、上記第2の観
点の焦電型赤外線センサ回路において、第2基準電位用
直流電源と第3基準電位用直流電源の少なくとも一方は
ゼロボルト出力になりうる可変直流電源であることを特
徴とする焦電型赤外線センサ回路を提供する。
【0009】
【作用】上記第1の観点の焦電型赤外線センサ回路で
は、増幅率決定用抵抗を調整してフォトカプラによる帰
還量を小さくすることにより、増幅率が上がり、検出感
度を高くすることが出来る。このため、直列抵抗の値を
それほど大きくする必要はない(1010Ω以下でもよ
い)。一方、高域遮断周波数fpは、直列抵抗の値をR
2とし,浮遊容量をC0とするとき、 fp=1/(2π・C0・R2) となる。上記のように直列抵抗の値R2をそれほど大き
くする必要がないから、高域遮断周波数fpは高くな
る。例えば、R2=108 Ω,C0=数pFとすると、
fpは約1kHzとなる。従って、検出感度と高速応答
性とを両立できることとなる。なお、並列抵抗は、フォ
トカプラの受光素子がオフの状態でも、差動増幅器の反
転入力端子に第2の基準電位を印加するためのものであ
る。
【0010】上記第2の観点の焦電型赤外線センサ回路
では、第2基準電位用直流電源により第2の基準電位を
与えることで、差動増幅器に与えるオフセット量の自由
度を向上できる。また、第3基準電位用直流電源により
第3の基準電位を与えることでフォトカプラの発光素子
に流れる電流が変化するので、フォトカプラによる帰還
量が好適になるように設定できる。
【0011】上記第3の観点の焦電型赤外線センサ回路
では、第2基準電位用直流電源と第3基準電位用直流電
源の少なくとも一方はゼロボルト出力になりうる可変直
流電源なので、オフセット量や帰還量の調整自由度を一
層向上でき、しかも、第2基準電位や第3基準電位をア
ース電位にとることも可能となる。
【0012】
【実施例】以下、図に示す実施例により本発明をさらに
詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定される
ものではない。
【0013】−第1実施例− 図1は、本発明の第1実施例の焦電型赤外線センサ回路
の回路図である。この焦電型赤外線センサ回路100に
おいて、焦電型赤外線センサS1の一端は、第1の基準
電位VREF1を与える直流電源E1およびオペアンプ
OP1の非反転入力端子に接続されている。前記第1の
基準電位VREF1は、前記オペアンプOP1の動作範
囲(電源電圧VCC,VSSにより決まる)を逸脱せず
に、前記焦電型赤外線センサS1からのセンサ信号(正
方向または負方向)を増幅できるようなオフセット量を
与える。
【0014】前記焦電型赤外線センサS1の他端は前記
オペアンプOP1の反転入力端子に接続されている。ま
た、直列抵抗R2(好ましくは、略106 Ω以上で略1
10Ω以下)とフォトカプラ11のフォトトランジスタ
Tr1との直列回路の一端に接続されている。また、前
記直列回路の他端は、第2の基準電位VREF2を与え
る可変直流電源E2に接続されている。前記可変直流電
源E2の電圧設定により、オフセット量を調整すること
が出来る。なお、前記可変直流電源E2は基本的に正の
基準電位VREF2を与えるが、ゼロボルト出力に設定
することで基準電位VREF2を実質的にアース電位に
することも出来る。
【0015】また、前記フォトトランジスタTr1に
は、並列抵抗R1が並列に接続されている。フォトトラ
ンジスタTr1がオンのときに並列抵抗R1を流れる電
流が、フォトトランジスタTr1のエミッタ電流の1%
程度以下になるようにすれば、オペアンプOP1で十分
な帰還量を得ることが出来る。並列抵抗R1は、オペア
ンプOP1の立上がり時の動作を安定にするもので、そ
の値は、略1010Ω以上が好ましい。
【0016】C0は、前記フォトトランジスタTr1の
コレクタ−エミッタ間の浮遊容量である。
【0017】前記オペアンプOP1の出力端子には、増
幅率決定用抵抗R3の一端が接続され、その増幅率決定
用抵抗R3の他端にはフォトカプラ11の発光ダイオー
ドLEDのアノードが接続され、前記発光ダイオードL
EDのカソードは第3の基準電位VREF3を与える可
変直流電源E3に接続されている。前記可変直流電源E
3は基本的に正の基準電位VREF3を与えるが、ゼロ
ボルト出力に設定することで基準電位VREF3を実質
的にアース電位にすることも出来る。
【0018】次に、この焦電型赤外線センサ回路100
の動作を説明する。焦電型赤外線センサS1に入射され
る赤外線に変化がない状態では、可変直流電源E2から
オペアンプOP1にオフセット電圧が与えられ、オペア
ンプOP1の立上がり動作を安定にする。焦電型赤外線
センサS1は、赤外線の変化があると、それによる温度
変化に応じて、略10-8 C/K・cm2の電荷を放出す
る。例えば、焦電型赤外線センサS1の検出素子の大き
さが0.1cm×0.1cmで,検出素子の温度変化が
0.001Kとするとき、略10-8C/K・cm2×
0.01cm2×0.001K=10-13 Cの電荷を放
出する。この電荷により、オペアンプOP1の反転入力
端子の電圧が変化する。すなわち、焦電型赤外線センサ
S1からのセンサ信号の電圧をVsとすると、(Vs+
VREF2)なる電位がオペアンプOP1の反転入力端
子に与えられる。すると、そのオペアンプOP1の反転
入力端子の電圧の変化に応じて、オペアンプOP1の出
力電圧が変化する。この出力電圧の変化は、増幅率決定
用抵抗R3およびフォトカプラ11の発光ダイオードL
EDを流れる電流を変化させ、さらにはフォトカプラ1
1のフォトトランジスタTr1のコレクタ−エミッタ間
の抵抗値を変化させる。このフォトトランジスタTr1
のコレクタ−エミッタ間の抵抗値の変化は、直列抵抗R
2を通して、オペアンプOP1の反転入力端子に伝わ
る。かくして、オペアンプOP1の出力電圧が反転入力
端子に帰還される結果、赤外線の強度に応じた検出信号
Soが、オペアンプOP1から出力されることになる。
【0019】上記焦電型赤外線センサ回路100では、
増幅率決定用抵抗R3を調整してフォトカプラ11によ
る帰還量を小さくすることにより、増幅率が上がり、検
出感度を高くすることが出来る。一方、高域遮断周波数
fpは、直列抵抗の値をR2とし,浮遊容量をC0とす
るとき、 fp=1/(2π・C0・R2) となる。例えば、R2=108 Ω,C0=数pFとする
と、fpは約1kHzとなる。なお、前記帰還量は、可
変直流電源E3の電圧設定により調整することが出来
る。例えば、可変直流電源E3の電圧を大きくして第3
の基準電位VREF3を高くすれば、発光ダイオードL
EDを流れる電流が小さくなり、帰還量は少なくなる。
従って、検出感度と高速応答性とを両立できることとな
る。
【0020】−第2実施例− 図2は、本発明の第2実施例の焦電型赤外線センサ回路
の回路図である。この焦電型赤外線センサ回路200
は、直列抵抗R2とフォトトランジスタTr1の接続が
第1実施例とは逆になっている。また、増幅率決定用抵
抗R3と発光ダイオードLEDの接続が第1実施例とは
逆になっている。また、可変直流電源E2’,E3’の
向きは、第1実施例とは逆になっている。このような接
続としても、上記第1実施例の焦電型赤外線センサ回路
100と同様の効果が得られる。
【0021】
【発明の効果】本発明の焦電型赤外線センサ回路によれ
ば、増幅率決定用抵抗を調整してフォトカプラによる帰
還量を小さくすることにより、増幅率が上がり、検出感
度を高くすることが出来る。このため、直列抵抗の値を
比較的小さくしてもよいが、そうすると、直列抵抗の値
と浮遊容量により決まる高域遮断周波数が高くなるの
で、高速応答性を得られるようになる。すなわち、検出
感度と高速応答性を両立できることとなる。従って、高
速移動物体(自動車やロボットアーム等)に取り付けら
れて人体検知を行なうような用途に好適となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例の焦電型赤外線センサ回路
を示す回路図である。
【図2】本発明の第2実施例の焦電型赤外線センサ回路
を示す回路図である。
【図3】従来の焦電型赤外線センサ回路の一例を示す回
路図である。
【符号の説明】
100 焦電型赤外線センサ回路 11 フォトカプラ S1 焦電型赤外線センサ R1 並列抵抗 R2 直列抵抗 R3 増幅率決定用抵抗 Tr1 フォトトランジスタ LED 発光ダイオード C0,C1 浮遊容量 VREF1 第1の基準電位 VREF2 第2の基準電位 VREF3 第3の基準電位 OP1 オペアンプ VCC,VSS 電源電圧 So 検出信号 E1,E1’ 直流電源 E2,E2’ 可変直流電源 E3,E3’ 可変直流電源

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 焦電型赤外線センサの一端を第1の基準
    電位点および差動増幅器の非反転入力端子に接続し、前
    記焦電型赤外線センサの他端を前記差動増幅器の反転入
    力端子に接続し、前記差動増幅器の反転入力端子と第2
    の基準電位点の間にフォトカプラの受光素子と直列抵抗
    の直列回路を接続し、前記受光素子と並列に並列抵抗を
    接続し、前記差動増幅器の出力端子と第3の基準電位点
    の間に前記フォトカプラの発光素子と増幅率決定用抵抗
    とを接続したことを特徴とする焦電型赤外線センサ回
    路。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の焦電型赤外線センサ回
    路において、第2の基準電位を与えるための第2基準電
    位用直流電源または第3の基準電位を与えるための第3
    基準電位用直流電源の少なくとも一方を設けたことを特
    徴とする焦電型赤外線センサ回路。
  3. 【請求項3】 請求項2に記載の焦電型赤外線センサ回
    路において、第2基準電位用直流電源と第3基準電位用
    直流電源の少なくとも一方はゼロボルト出力になりうる
    可変直流電源であることを特徴とする焦電型赤外線セン
    サ回路。
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