JP3829484B2

JP3829484B2 - 赤外線検出装置

Info

Publication number: JP3829484B2
Application number: JP21404298A
Authority: JP
Inventors: 光輝畑谷; 裕司高田; 啓史松田
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1998-07-29
Filing date: 1998-07-29
Publication date: 2006-10-04
Anticipated expiration: 2018-07-29
Also published as: JP2000046960A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人体から輻射される赤外線エネルギーを検出し、人体の存在や移動の検知を行う赤外線検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、従来の赤外線検出装置のブロック図である。赤外線の検出部としては、焦電素子１が広く利用されており、レンズ系等を用いて検知エリア内からの赤外線を焦電素子１に集め、焦電素子１からは集められた赤外線量の変化に応じた電流が出力される。焦電素子１から出力された電流は、Ｉ／Ｖ変換回路２において電圧に変換された後、更に電圧増幅部３で増幅される。発報部４は、図８（ｃ）に示すような第１の電圧増幅部３ａで増幅された出力が、予め定められた所定値Ｖｈ０又はＶｌ０を超えたときに、検知エリア内に人体が存在・移動するとして図８（ｄ）に示す発報信号Ｑ０を出力する。
【０００３】
赤外線検出装置における周波数特性は、人体の動きに合わせて設定されており、第１の電圧増幅部３ａには、大凡１Ｈｚを中心とするバンドパスフィルタが付加されている。これにより、人体に対する感度を上げることが可能になるとともに、人体の移動に関係しないと思われる帯域の信号により誤動作が生じることを防止することができるようになっている。
【０００４】
ところが、焦電素子１からポップコーンノイズと呼ばれる単発性のノイズ出力が生じることがある。ポップコーンノイズは、焦電素子１を構成する焦電体基板や支持台、接着剤、回路基板等の熱膨張率の違いにより、焦電体基板や電極といった素子材料の欠陥部やダイシング等により生じるピッチング部、マイクロクラック部等に圧縮・引っ張りのストレスが集中し、不要な電荷が発生するために起こると考えられている。
【０００５】
そこで、従来は、このような単発性のノイズ出力であるポップコーンノイズに対して、第１の電圧増幅部３ａより高い周波数を選択して、Ｉ／Ｖ変換回路２の出力を増幅する第２の電圧増幅部３ｂを設けている。焦電素子１においては、人体等の移動による出力と比較してポップコーンノイズは、はるかに立ち上がりが早い。そこで、第２の電圧増幅部３ｂは、数十Ｈｚ以上の成分を通過させる高帯域通過フィルタの特性を有しており、これによりポップコーンノイズを人体の移動による出力と、区別できることになる。
【０００６】
一方、ポップコーンノイズ検知部５では、図９（ｂ）に示すような第２の電圧増幅部３ｂから出力された信号が予め定めた所定値Ｖｈ１を超えたところで、焦電素子１からポップコーンノイズが、出力されたとして出力制御回路６に対して図９（ｅ）に示すようなポップコーンノイズ検出信号Ｐ１を出力する。出力制御回路６は、ポップコーンノイズ検知部５からポップコーンノイズ検出信号が入力されると、数秒間Ｔ１にわたりスイッチ回路７を通してＩ／Ｖ変換回路２に対し、図９（ｆ）に示すような出力制御信号Ｑ１を出力する。
【０００７】
スイッチ回路７では、出力制御回路６から出力制御信号が出力されている間、Ｉ／Ｖ変換回路２の変換インピーダンスを下げて、出力を低下させる。これにより、図９（ｃ）に示すような第１の電圧増幅部３ａから出力される信号が発報部４に入力されたとしても、予め定めた所定値Ｖｈ０又はＶｌ０を超えないようになるため、図９（ｄ）に示すように発報信号が外部に出力されることはなく、ポップコーンノイズによる誤作動を防止することが可能となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、スイッチ回路７がオフするときにスイッチングノイズがＩ／Ｖ変換回路２の出力に発生することがある。このスイッチングノイズに関して、以下簡単に図７及び図１１を用いて、その発生のメカニズムについて述べる。なお、図１１は図７に示すＩ／Ｖ変換回路２及びスイッチ回路７の具体的なブロック図である。ここで、コンデンサ１２はＩ／Ｖ変換を行う容量であり、この容量をＣｆとするとインピーダンスＺ＝１／(ω・Ｃｆ)＝１／(２π・ｆ・Ｃｆ)でＩ／Ｖ変換が行なわれる。ちなみに、ここではｆ＝１Ｈｚ、Ｃｆ＝６ｐＦであるのでこのインピーダンスは、非常に高いものとなっている。従って、入力端子ＳＩＮも非常にインピーダンスの高い端子となる。
【０００９】
そこで、出力制御回路６からスイッチ回路７に対しての出力制御信号が切れる時，ＦＥＴ１０のゲート電圧は、ＨｉｇｈからＬｏｗになってΔＶ１ほど変化することになるが、ＦＥＴ１０のゲートとソース間には寄生容量１１が存在するので、この寄生容量１１の容量をＣｐａとすると、Ｑ＝Ｃｐａ・ΔＶ１の電荷が貯まることになる。また、前述のように入力端子ＳＩＮは非常にインピーダンスが高いので、この電荷はすぐには放電されない。よって、コンデンサ１２の容量をＣｆとすると、コンデンサ１２の両端にはΔＶ２＝Ｑ／Ｃｆ＝（Ｃｐａ・ΔＶ１）／Ｃｆの電圧が、生じることになる。ここで、入力端子ＳＩＮはオペアンプ９により基準電圧に仮想接地されており、このΔＶ２が出力端子ＯＵＴの電圧変化として、現れることになる。このΔＶ２が、所謂スイッチングノイズと呼ばれるものである。
【００１０】
このスイッチングノイズは高周波信号であるので、第１の電圧増幅部は低帯域通過フィルタの特性を有しているため大部分除去されて、発報部４に入力されたとしても、予め定めた所定値を超えないために検知信号が外部に出力されることはない。しかし、第２の電圧増幅部は高帯域通過フィルタの特性を有しているため、このスイッチングノイズ即ち図１０（ａ）に示すＮｓが、第２の電圧増幅部３ｂによって、図１０（ｂ）にＮｏｕｔとして示すように増幅されて出力され、ポップコーンノイズ検知部５からは図１０（ｃ）に示すポップコーンノイズ検出信号Ｐ２として出力され、再び出力制御回路６がスイッチ回路７を通してＩ／Ｖ変換回路２へ、図１０（ｄ）に示すような出力制御信号Ｑ２を出力することになる。従って、出力制御回路６は図１０（ｄ）に示すようにオン・オフを繰り返す発振状態に陥ってしまい、Ｉ／Ｖ変換回路２の出力が低下した状態が継続することになり、赤外線検出感度が低下してしまうという問題点があった。
【００１１】
本発明は、上記の問題点を解決するために成されたものであり、その目的とするところは、焦電素子からのポップコーンノイズを以って検出対象を検出したとして、発報信号を出力してしまう所謂誤報をなくすとともに、検出感度を不必要に長期間低下させてしまうことにより、本来の人体の存在や移動の検知ができなくなる所謂失報を防ぐ、優れた赤外線検出装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、ポップコーンノイズを出力する恐れのある焦電素子と、該焦電素子から出力された電流信号を電圧信号に変換するＩ／Ｖ変換回路と、該Ｉ／Ｖ変換回路からの電圧信号を増幅する第１の電圧増幅部と、該第１の電圧増幅部からの出力電圧が予め定められた所定値を超えると、発報信号を出力する発報部と、前記第１の電圧増幅部より高い周波数を選択して前記Ｉ／Ｖ変換回路からの電圧信号を増幅する第２の電圧増幅部と、該第２の電圧増幅部からの電圧出力が予め定めた所定値を超えるとポップコーンノイズ検出信号を出力するポップコーンノイズ検知部と、前記ポップコーンノイズ検出信号を受信すると予め定められた時間のみ、前記Ｉ／Ｖ変換回路２の出力を制御する出力制御回路と、を備える赤外線検出装置において、一度ポップコーンノイズを検知するとその後一定時間はポップコーンノイズを検知する感度が低下することを特徴とするものである。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の赤外線検出装置において、この第２の電圧増幅部は、一度ポップコーンノイズを検出するとその後一定時間はポップコーンノイズを検知する感度が、低下することを特徴とするものである。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の赤外線検出装置において、このポップコーンノイズ検知部は、一度ポップコーンノイズを検出するとその後一定時間はポップコーンノイズを検知する検知レベルが、低下することを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る赤外線検出装置の第１の実施の形態を図１、図２及び図４又第２の実施の形態を図３、図５、及び図６に基づいて、夫々詳細に説明する。
【００１６】
［第１の実施の形態］
図１は本発明の第１の実施の形態に係る赤外線検出装置のブロック図である。また図２は上記赤外線検出装置の動作を説明するタイミングチャートであり、図４は上記赤外線検出装置のポップコーンノイズ検知部５の要部回路図である。本実施の形態の赤外線検出装置は、焦電素子１と、Ｉ／Ｖ変換回路２と、第１の電圧増幅部３ａと、第２の電圧増幅部３ｂと、発報部４と、ポップコーンノイズ検知部５と、出力制御回路６、スイッチ回路７及びスイッチ回路８とから構成される。焦電素子１は、検知エリア内から輻射される赤外線量の変化に応じた電流を出力する。
【００１７】
Ｉ／Ｖ変換回路２は、焦電素子１から出力された検出電流を電圧に変換するものである。電圧に変換された信号は分岐され、一方は第１の電圧増幅部３ａに入力され、他方は第２の電圧増幅部３ｂに入力される。
【００１８】
第１の電圧増幅部３ａは、Ｉ／Ｖ変換回路２から入力された信号を増幅して発報部４に入力する。なお、第１の電圧増幅部３ａは、人体の移動のスピードに応じた１Ｈｚ付近の成分を通過させる帯域通過フィルタの特性を有している。
【００１９】
発報部４は、第１の電圧増幅部３ａから出力された信号と予め設定された所定値とをコンパレータにて比較し、第１の電圧増幅部３ａから入力された信号が所定値以上の振幅を有している場合、発報信号を出力する。
【００２０】
第２の電圧増幅部３ｂは、第１の電圧増幅部３ａより高い周波数を選択してＩ／Ｖ変換回路２の出力を増幅する。焦電素子１において人体等の移動による出力と比較してポップコーンノイズは、はるかに立ち上がりが早い。そこで、第２の電圧増幅部３ｂは、数十Ｈｚ以上の成分を通過させる高帯域通過フィルタの特性を有している。これによりポップコーンノイズを人体の移動による出力と区別できる。ただし、必要以上に高い周波数を有する信号を通過させると、Ｓ／Ｎ比が悪化し、ポップコーンノイズが雑音に埋もれることになる。そこで、本実施の形態では、数十Ｈｚから数百Ｈｚの成分を通過させる帯域通過フィルタの特性を第２の電圧増幅部３ｂに与えている。
【００２１】
ポップコーンノイズ検知部５は、図２(ｂ)にＮｏｕｔ１として示すような第２の電圧増幅部３ｂの出力が、予め定めた所定値Ｖｈ１又はＶｌ１以上の振幅を有している場合、制御回路６に対して図２(ｃ)に示すようなポップコーンノイズ検出信号Ｐ３を出力する。
【００２２】
ここで、ポップコーンノイズ検知部５は図４に示すように２つのコンパレータにて構成されるウィンドコンパレータであり、第２の電圧増幅部３ｂから入力された信号ＳＷＩＮが、コンパレータの正負の基準電圧Ｖｈ１，Ｖｌ１を超えているか否かを判断する。即ち第２の電圧増幅部３ｂから出力された信号が、予め定められた基準電圧Ｖｈ１及びＶｌ１と比較される。ここで、ＳＷＩＮ＞Ｖｈ１あるいはＳＷＩＮ＜Ｖｌ１の時にポップコーンノイズを検知したと判断して、ポップコーンノイズ検知信号を出力する。
【００２３】
制御回路６は、ポップコーンノイズ検出信号が入力されると予め定めた時間Ｔ１にわたって、スイッチ回路７を通してＩ／Ｖ変換回路２に対し図２(ｄ)に示す出力制御信号Ｑ１を出力するが、このとき同時にスイッチ回路８を通して第２の電圧増幅部３ｂに対しても、予め定めた時間Ｔ２にわたって図２(ｅ)に示す利得抑制信号Ｑ３を出力する。なおポップコーンノイズは、発生するとすぐに減衰し、持続性がない。実際にポップコーンノイズを計測すると、出力のピークレベルは様々であるものの、そのパルス幅は数ｍｓ以下であることが分かった。そこで上述したＩ／Ｖ変換回路２の変換インピーダンスを下げるとともに、第２の電圧増幅部３ｂの利得を下げるには、出力制御信号Ｑ１や利得抑制信号Ｑ３を出力する時間Ｔ１，Ｔ２は、数秒程度且つＴ１＜Ｔ２に設定するのが好ましい。
【００２４】
またスイッチングノイズの大きさは１ｍＶ程度であり、ポップコーンノイズの大きさ０．１ｍＶ〜０．２Ｖにくらべかなり小さい。そこでスイッチ回路８は、出力制御回路６から利得抑制信号が出力されている間は、第２の電圧増幅部３ｂの利得を下げる。これにより、スイッチ回路８がオフするときＩ／Ｖ変換回路２において生じるスイッチングノイズの信号レベルは、図２(ｂ)にＮｏｕｔ２として示す第２の電圧増幅部３ｂの出力のように下げられる。
【００２５】
従って、この第２の電圧増幅部３ｂからの出力がポップコーンノイズ検知部５において所定の値Ｖｈ１又はＶｌ１を超えないため、ポップコーンノイズ検出信号はポップコーンノイズ検知部５からは出力せずに、再びスイッチ回路７がオンすることはない。但し、この時第２の電圧増幅部３ｂの利得はゼロにはならず、スイッチングノイズをポップコーンノイズ検出信号として出力しない程度に下げられる。それゆえに、利得抑制信号が出力されている間Ｔ２でもあっても図２(ｂ)に示すＮｏｕｔ３のような振幅の大きなポップコーンノイズが、焦電素子１において発生した場合でも図２(ｃ)にＰ４として示すように、ポップコーンノイズ検知部５が、これを検出することが可能となる。つまり、Ｉ／Ｖ変換回路２の出力制御の状態においても振幅の大きなポップコーンノイズに対しては、その除去が可能となるので、焦電素子１からのポップコーンノイズを以って検出対象を検出したとして、発報信号を出力してしまう所謂誤報を防ぐことができる。
［第２の実施の形態］
図３は本発明の第２の実施の形態に係る赤外線検出装置のブロック図である。また図５は赤外線検出装置のポップコーンノイズ検知部の動作説明図であり、図６は赤外線検出装置の動作を説明するタイミングチャートである。
【００２６】
本実施の形態の赤外線検出装置は、焦電素子１と、Ｉ／Ｖ変換回路２と、第１の電圧増幅部３ａと、第２の電圧増幅部３ｂと、発報部４と、ポップコーンノイズ検知部５と、出力制御回路６、スイッチ回路７及びスイッチ回路９とから構成される。なお、本実施の形態の赤外線検出装置の基本構成は、第１の実施の形態とよく似ており、同じ部分については同一の番号を付してその詳細な説明を省略する。
【００２７】
出力制御回路６はポップコーンノイズ検出信号Ｐ１が入力されると、図６（ｄ）に示すように予め定めた時間Ｔ１にわたり、スイッチ回路７を通してＩ／Ｖ変換回路２に対して出力制御信号Ｑ１を出力するが、このとき同時にスイッチ回路９を通してポップコーンノイズ検知部５に対しても、図６（ｅ）に示すように予め定めた時間Ｔ３にわたり、検知レベル抑制信号Ｑ４を出力する。
【００２８】
ポップコーンノイズ検知部５は、出力制御回路６から検知レベル抑制信号Ｑ４が出力されている間、ポップコーンノイズ検知レベルを下げ、ポップコーンノイズ検知信号を出しにくくする。具体的には、図５に示すように基準電圧Ｖｈ１をより高い方向Ｖｈ２へシフトするか、あるいは、基準電圧Ｖｌ１をより低い方向Ｖｌ２へシフトする。これにより図６（ｂ）に示すように，この第２の電圧増幅部３ｂからの出力がポップコーンノイズ検知部５において所定の値Ｖｈ２又はＶｌ２を越えないため、ポップコーンノイズ検出信号はポップコーンノイズ検知部５から出力されない。
【００２９】
なお、前述したようにポップコーンノイズは、実際に計測するとそのパルス幅は数ｍｓ以下であるので、前記Ｉ／Ｖ変換回路２の変換インピーダンスを下げるとともに、ポップコーンノイズ検知部５の検知レベルを下げるには、出力制御信号Ｑ１や検知レベル抑制信号Ｑ４を出力する時間Ｔ１，Ｔ２は、数秒程度且つＴ１＜Ｔ２に設定するのが好ましい。
【００３０】
また本発明においてスイッチ回路７のＦＥＴは、Ｎ型のＭＯＳ−ＦＥＴを使用しているが、一般的にはＰ型のＭＯＳ−ＦＥＴを用いる場合も十分考えられる。その際スイッチは、制御信号がＬｏｗからＨｉｇｈに成った時にオフすることになりその際生じるノイズの向きは負となる。従って、Ｉ／Ｖ変換回路２で生じるスイッチングノイズの向きは、スイッチ回路７の回路構成が、決まれば一意に決まることになり、ポップコーンノイズ検知部５において、ポップコーンノイズ検知レベルを下げる場合は、基準電圧Ｖｈ１とＶｌ１の両方をシフトさせる必要はなく、どちらか一方をシフトさせればよいことになる。ここで、検知レベルを下げているということは、当然ポップコーンノイズも検出しにくくなっており本来なら好ましい状態とは言えないが、基準電圧の一方はシフトする必要がないということは、その方向の感度は下がらないことになり、その方向のポップコーンノイズに対しては全く感度が、下がることがないと言う効果を生む
又、検知レベル抑制信号Ｑ４が第２の電圧増幅部３ｂの出力のような信号経路に影響を与えれば、この影響はすぐさまポップコーンノイズによるものと同等に扱われるので、その信号の大きさや周波数など注意が必要となる。しかし、この検知レベル抑制信号Ｑ４は、図４に示すようにコンパレーターのウィンドウ基準電圧端子に入力され、第２の電圧増幅部３ｂの出力が入力される端子とは別になるので、両者の信号の干渉はほとんど無視できることになる。つまり直接ポップコーンノイズ信号経路に影響を与えることなく、検知レベルを下げることが可能となる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明にあっては、焦電素子からのポップコーンノイズを以って検出対象を検出したとして、発報信号を出力してしまう所謂誤報をなくすとともに、検出感度を不必要に長期間低下させてしまうことにより、本来の人体の存在や移動の検知ができなくなる所謂失報を防ぐ、優れた赤外線検出装置を提供するという効果を奏する。
【００３２】
請求項２記載の発明にあっては、出力制御の状態においても振幅の大きなポップコーンノイズに対しては、その除去が可能であるので、高い信頼性で誤動作を防ぐことができるという効果を奏する。
【００３３】
請求項３記載の発明にあっては、ポップコーンノイズ検出の信号経路に直接影響を与えずに検知レベルを変えることができ且つ、一方向のポプコンノイズに対しては全く感度が、下がることがなく高い信頼性で誤動作を防ぐことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る赤外線検出装置を示すブロック図である。
【図２】上記赤外線検出装置の動作を説明するタイミングチャートである。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る赤外線検出装置を示すブロック図である。
【図４】上記赤外線検出装置のポップコーンノイズ検知部の要部回路図である。
【図５】上記赤外線検出装置のポップコーンノイズ検知部の動作説明である。
【図６】上記赤外線検出装置の動作を説明するタイミングチャートである。
【図７】従来の赤外線検出装置を示すブロック図である。
【図８】上記赤外線検出装置の正常な発報時における動作を説明するタイミングチャートである。
【図９】上記赤外線検出装置のポップコーンノイズ検出時における動作を説明するタイミングチャートである。
【図１０】上記赤外線検出装置の動作を説明するタイミングチャートである。
【図１１】上記赤外線検出装置のＩ／Ｖ変換回路及びスイッチ回路を示す回路図である。
【符号の説明】
１焦電素子
２Ｉ／Ｖ変換回路
３ａ第１の電圧増幅部
３ｂ第２の電圧増幅部
４発報部
５ポップコーンノイズ検知部
６出力制御回路
７Ｉ／Ｖ変換回路の出力を低下せしめるスイッチ回路
８第２の電圧増幅部の利得を低下せしめるスイッチ回路
９ポップコーンノイズ検知部の検知レベルを低下せしめるスイッチ回路

Claims

ポップコーンノイズを出力する恐れのある焦電素子と、該焦電素子から出力された電流信号を電圧信号に変換するＩ／Ｖ変換回路と、該Ｉ／Ｖ変換回路からの電圧信号を増幅する第１の電圧増幅部と、該第１の電圧増幅部からの出力電圧が予め定められた所定値を超えると発報信号を出力する発報部と、前記第１の電圧増幅部より高い周波数を選択して前記Ｉ／Ｖ変換回路からの電圧信号を増幅する第２の電圧増幅部と、該第２の電圧増幅部からの電圧出力が予め定めた所定値を超えるとポップコーンノイズ検出信号を出力するポップコーンノイズ検知部と、前記ポップコーンノイズ検出信号を受信すると予め定められた時間のみ、前記Ｉ／Ｖ変換回路２の出力を制御する出力制御回路と、を備える赤外線検出装置において、一度ポップコーンノイズを検知するとその後一定時間は、ポップコーンノイズを検知する感度が低下することを特徴とする赤外線検出装置。
一度ポップコーンノイズを検知すると、その後一定時間は第２の電圧増幅部の利得が、低下することを特徴とする請求項１記載の赤外線検出装置。
一度ポップコーンノイズを検知すると、その後一定時間はポップコーンノイズ検知部の検知する検知レベルが、低下することを特徴とする請求項１記載の赤外線検出装置。